Studiował na Akademii Sztuk Pięknych w Warszawie, w pracowniach F. Kowarskiego i L. Pękalskiego. Jako jeden z reprezentantów młodych polskich artystów uczestniczył w Wystawie Światowej w Paryżu w 1937 roku. W czasie wojny przebywał we Lwowie. W 1945 roku wrócił do Warszawy, gdzie rok później obronił dyplom z malarstwa. Wraz z W. Strzemińskim, S. Wegnerem i L. Turowiczem, tworzył podwaliny pod uczelnię artystyczną w Łodzi. Z PWSSP w Łodzi był związany przez ponad 30 lat, pracował tam jako profesor malarstwa oraz pełnił przez 12 lat funkcję jej rektora. Twórczość Modzelewskiego przez lata ewoluowała, od impresjonizmu, przez eksperymenty z formą i kolorem, kubizm, aż po abstrakcje o prostych, klarownych układach rytmicznych przedstawionych na reliefowych formach plastycznych. Artysta, poza malarstwem zajmował się także projektowaniem awangardowych mebli inspirowanych nowym materiałem - tworzywami sztucznymi. Jego projekty doceniła też sława zachodniego designu - Le Corbusier. Fotel zaprojektowany przez Modzelewskiego w 1958 r., o organicznym siedzisku z tworzywa w śmiałych kolorach i delikatnych metalowych nóżkach, został opatentowany za sprawą Le Corbusier`a w 1961 roku w Paryżu.